着手建立内核永久页表

来源：互联网发布：mac摔了下屏幕不亮编辑：程序博客网时间：2024/05/21 11:22

5.2.3 着手建立内核永久页表

得到了总的页面数max_pfn和高端页面数highmem_pages之后，来到setup_arch的947行，调用init_memory_mapping()函数来建立系统初始化阶段的临时分页体系，传入的参数意义代表从0~max_low_pfn对应的32位物理地址（低12位全为0，也就是页面对齐），在函数init_memory_mapping函数中先后调用下面的几个函数来设置内存相关数据(因为bootmem此时没有初始化)：

find_early_table_space()

kernel_physical_mapping_init()

early_ioremap_page_table_range_init()

load_cr3()

reserve_early()

其中，首先find_early_table_space 所实现的功能是相当重要的：

32static void __init find_early_table_space(unsigned long end, int use_pse,

33 int use_gbpages)

34{

35 unsigned long puds, pmds, ptes, tables, start;

37 puds = (end + PUD_SIZE - 1) >> PUD_SHIFT;

38 tables = roundup(puds * sizeof(pud_t), PAGE_SIZE);

40 if (use_gbpages) {

41 unsigned long extra;

43 extra = end - ((end>>PUD_SHIFT) << PUD_SHIFT);

44 pmds = (extra + PMD_SIZE - 1) >> PMD_SHIFT;

45 } else

46 pmds = (end + PMD_SIZE - 1) >> PMD_SHIFT;

48 tables += roundup(pmds * sizeof(pmd_t), PAGE_SIZE);

50 if (use_pse) {

51 unsigned long extra;

53 extra = end - ((end>>PMD_SHIFT) << PMD_SHIFT);

54#ifdef CONFIG_X86_32

55 extra += PMD_SIZE;

56#endif

57 ptes = (extra + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;

58 } else

59 ptes = (end + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;

61 tables += roundup(ptes * sizeof(pte_t), PAGE_SIZE);

63#ifdef CONFIG_X86_32

64 /* for fixmap */

65 tables += roundup(__end_of_fixed_addresses * sizeof(pte_t), PAGE_SIZE);

66#endif

68 /*

69 * RED-PEN putting page tables only on node 0 could

70 * cause a hotspot and fill up ZONE_DMA. The page tables

71 * need roughly 0.5KB per GB.

72 */

73#ifdef CONFIG_X86_32

74 start = 0x7000;

75#else

76 start = 0x8000;

77#endif

78 e820_table_start = find_e820_area(start, max_pfn_mapped<<PAGE_SHIFT,

79 tables, PAGE_SIZE);

80 if (e820_table_start == -1UL)

81 panic("Cannot find space for the kernel page tables");

83 e820_table_start >>= PAGE_SHIFT;

84 e820_table_end = e820_table_start;

85 e820_table_top = e820_table_start + (tables >> PAGE_SHIFT);

87 printk(KERN_DEBUG "kernel direct mapping tables up to %lx @ %lx-%lx/n",

88 end, e820_table_start << PAGE_SHIFT, e820_table_top << PAGE_SHIFT);

89}

我们看到它确定了PUD和PMD以及PTE、固定内存映射等所有的选项所使用的内存空间的大小；之后调用find_e820_area函数从e820.map[]数组中寻找到一块能够容纳所有页表项的内存段：

743u64 __init find_e820_area(u64 start, u64 end, u64 size, u64 align)

744{

745 int i;

746

747 for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {

748 struct e820entry *ei = &e820.map[i];

749 u64 addr;

750 u64 ei_start, ei_last;

751

752 if (ei->type != E820_RAM)

753 continue;

754

755 ei_last = ei->addr + ei->size;

756 ei_start = ei->addr;

757 addr = find_early_area(ei_start, ei_last, start, end,

758 size, align);

759

760 if (addr != -1ULL)

761 return addr;

762 }

763 return -1ULL;

764}

find_e820_area中检测e820.map的每一个元素，这个元素代表的内存区必须是E820_RAM，然后调用find_early_area获得tables的首地址：

539u64 __init find_early_area(u64 ei_start, u64 ei_last, u64 start, u64 end,

540 u64 size, u64 align)

541{

542 u64 addr, last;

543

544 addr = round_up(ei_start, align);

545 if (addr < start)

546 addr = round_up(start, align);

547 if (addr >= ei_last)

548 goto out;

549 while (bad_addr(&addr, size, align) && addr+size <= ei_last)

550 ;

551 last = addr + size;

552 if (last > ei_last)

553 goto out;

554 if (last > end)

555 goto out;

556

557 return addr;

558

559out:

560 return -1ULL;

561}

这个find_early_area函数我们要好好说道说道。早系统初始化时，什么内存管理器、内存模型这些东西都没有建立，那么获得内存的最低级函数就是这个find_early_area函数。它接收6个参数：ei_start和ei_last表示分配范围，我们看到这个范围不能超出某个e820.map[i]元素代表的范围；start和end代表期望分配的范围；size为期望分配大小；align表示对齐方式。我们看到，如果addr >= ei_last，或者last > ei_last，或者last > end都会分配失败。这个条件看上去很苛刻，不过e820.map[]数组有那么多元素，总有一个元素会满足的，不然所有的Linux都无法运行了。

round_up以及还有一个双胞胎弟弟round_down的定义如下：

#define __round_mask(x, y) ((__typeof__(x))((y)-1))

#define round_up(x, y) ((((x)-1) | __round_mask(x, y))+1)

#define round_down(x, y) ((x) & ~__round_mask(x, y))

获得了获得页表tables的首地址之后，find_early_table_space就用它设置e820_table_start、e820_table_end和e820_table_top的值。这三个全局变量相当的重要，分别表示这个将要容纳所有内核页表的空间的起始、结束和顶部页对齐地址头20位（此时e820_table_start和e820_table_end是相等的），在后面的页表初始化阶段将会使用到这三个变量。

看了这么多代码，很多同学可能有些迷糊了。为啥我们在arch/x86/kernel/head_32.S中已经初始化了分页环境，建立了一个临时页表了，为啥这里还要建一个呢？其实，这就是ULK-3书中提到的内核临时页表和最终内核页表的概念。我在博客“高端内存映射”http://blog.csdn.net/yunsongice/archive/2010/01/26/5258589.aspx中也提到过这一点。

大家好好回忆一下，当时建立的临时页表个数只取决于_end的位置，也就是把解压缩后的内核代码映射出来了。而这里，是要把所有可用的RAM（注意这里是包括了已经映射了的内核代码、页目录）以页为单位分成多个页，每个页一个比特，提供一个初始阶段内存的分配和释放管理平台。

目前我的电脑，在arch/x86/kernel/head_32.S里只是映射了大概4M的vmlinux代码。内核尺寸在4M左右(不压缩)，一般需要连续映射3个页面表。现在要把所有RAM映射到内核空间。那么内核要根据e820物理内存的布局，也就是RAM的结点布局对多个结点及结点的管理区作初化，最终把除去内核之外所有剩余的页交给页框分配器，同时也完成了页框分配器的初始化。